浅析跨链中原子互换协议

前言

每个区块链都有自己的数据资产与数据信息，比特币创建以来TPS一直成为区块链行业的瓶颈，难以突破。为此行业涌现出各种解决办法，改进共识、区块扩容、改进数据结构等。plasma等侧链技术，从区块链的横向扩容方面对区块链性能进行提升。即主链负责处理基本事务，侧链负责处理特定事务，例如比特币可以生成pizza链、fruit链、drink链，当人们需要使用比特币进行购买pizza、水果、酒水时，可以将比特币兑换为侧链上的数字资产，在侧链进行购买。这样每条链可以用于处理不同的事务，对不同的事务分而治之，从整体上提高链的处理能力、增加链的存储容量。

原子互换

跨链中的原子互换，即在不同的区块链系统中，进行原子性的资产互换。换句话说，就是资产转移互换成功，要么失败。不能出现，Alice在A上转移资产成功，在B链上却没有收到相应数量的资产。下面以Alice与Bob在比特币和以太坊上，的资产转移为例，说明跨链交易的原子互换原理。

原子互换步骤 ：

1）Alice有1BTC，想要换取Bob的20ETH，Alice与Bob在两条链上各有一个账户

2）首先Alice随机生成一个密钥K，发起交易1，向Bob比特币账户转1BTC。该交易只有在得到Bob的签名和密钥K时才能完成。

3）在交易1发起前，Alice会广播一笔回撤交易（交易2），该交易表明若48小时内交易1未完成，则将资产回退给Alice；回撤交易得到Alice与Bob的共同签名后生效。同时，Alice只有在交易2成功生效的情况下，才会发起交易1。

4）Bob接收到Alice的交易2，若同意跨链转账则在交易2中添加签名。此时交易2生效，Alice将交易1向全网广播。

5）Bob在以太坊上发起交易3，向Alice支付20ETH以得到密钥K，Alice在交易中输入密钥K和签名后才可以得到20ETH。为保障交易3中Bob资产安全，在交易3之前同样会发送一笔回撤交易（交易4）。

6）Alice收到交易4后，会附加自己的签名，回撤交易4生效后，Bob将交易3在全网广播。

7）Alice为获得20ETH，在交易3中附上自己的签名和密钥K；此时交易3成功，Alice获得20ETH，Bob获得密钥K。

8）在比特币中Bob输入自己的签名和密钥K，获得1BTC。 原子互换小结

原子互换并没有将比特币的资产转移到以太坊上，只是同时交换了两条链资产的所有权。两条链的资产总量并未改变，因此原子互换协议无法实现链间资产转移。原子互换不仅可以运用在区块链中，同样可以在中心化的系统中使用，只要系统提供回撤交易、时间锁定、密钥锁定的功能。

设计浅析

转账交易1中，需要密钥K与Bob签名同时满足才可以完成交易：

1.密钥K保证了发起方资金安全，即没有密钥K接受人无法直接获得资产。

2.接收方签名保证了接收方资产的安全性，即没有接收方的私钥，即使别人获得了密钥K也无法获得资产。

交易1的达成，需要同时得到发起方和接收方的确认。

回撤交易的作用：

1.就资产转移达成一致协议（48小时未成功，则撤销交易1，回退资金至Alice）

2.避免一份资产发起多次跨链交易（类似于“双花”，48小时内锁定跨链交易资产，该笔资产不能在用于其他交易）

Quesstion ：

原子互换中如何在交易3中保证密钥K的正确性，即实现密钥K正确交易成功，错误交易失败？

参考资料：

【火币区块链产业专题报告】跨链篇（上） https://www.jianshu.com/p/f2d2e83473fc

作者：曹海涛